Способ определение прочностных характеристик металла

Способ определения прочностных характеристик металлов и их сплавов

Область использования: в машиностроении для оперативного безобразцового контроля качества металла, для послеоперационного контроля, контроля прочности металлоконструкций и сооружений. Сущность изобретения: для оценки прочностных характеристик металла (предел прочности, предел текучести, ударная вязкость, относительное сужение и относительное удлинение) используются физические характеристики процесса внедрения индентора — максимальная скорость внедрения, время всего процесса, глубина проникновения индентора, определяемые по формулам: H_v = 3246,95 + 18,68 l + 3,56 V_max — 506,8 t HRC = 123,06 — 6,31 l S_v = 512,96 + 5,54 l — 10,25 V_max — 103,28 t S_t = 712,31 + 5,98 l — 12,28 V_max — 104,16 t F = 503,47 + 16,64 l — 103,18 V_max — 104,87 t A = 143,25 + 9,82 l — 47,04 t, где l — глубина проникновения индентора, V_мах — максимальная скорость процесса, t — время процесса,
H_v — твердость по Виккерсу,
HRC — твердость по Роквеллу,
S_t — предел текучести,
S_v — предел прочности,
F — относительное сужение,
A — удельная вязкость. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для оперативного, безобразцового контроля качества металла на металлургических заводах, для послеоперационного контроля в цехах предприятий, контроля прочности металлических конструкций зданий и сооружений.

Наиболее близким является способ определения, заключающийся в том, что в испытуемый материал вдавливают индентор и определяют размер отпечатка, при вдавливании индентора непрерывно увеличивают нагрузку до значения, соответствующего максимальному напряжению в зоне контакта, и регистрируют глубину отпечатка, а по значениям нагрузки и глубины, соответствующих максимальному напряжению, определяют предел прочности [1]
Как правило, определяется твердость и предел прочности.

Однако существующий способ имеет низкую точность и сложность применения из-за трудностей при выборе коэффициентов перехода, так как последнее не является константой.

В качестве исходных данных для расчета прочностных характеристик применяются, как правило, геометрические размеры отпечатка и усилие вдавливания индентора. В то же время сложные процессы, происходящие в материале в результате деформаций и разрушений в зоне отпечатка, не могут быть достаточно точно отражены в модели, в основу которой положены только геометрические размеры и сила вдавливания индентора.

Технический результат изобретения повышение точности измерения и расширение области использования.

Указанный результат достигается тем, что в способе, включающем внедрение индентора, измерение глубины его внедрения и определение прочностных характеристик, дополнительно измеряют максимальное значение скорости внедрения индентора, время достижения им максимальной глубины, а определение прочностных характеристик осуществляют по формулам:
HV 3247,95 + 18,68l + 3,56V_max 506,8 t;
HPC 123,06 6,31l;
S_v 512,96 + 5,54l 10,25V_max 103,28 t;
S_t 712,31 + 5,98l 12,28V_max 104,16t;
F 503,47 + 16,64l 103,18V_max 104,87 t;
A 143,25 + 9,82l 47,04t;
где l глубина внедрения индентора;
V_max максимальная скорость процесса;
t время процесса;
MV твердость по Виккерсу;
HPC твердость по Роквеллу;
S_t предел текучести;
S_v предел прочности;
F относительное сужение;
A удельная вязкость.

Количественная оценка физических величин процесса внедрения является входом системы, а результирующими факторами прочностные характеристики металла и сплава.

Предпосылкой создания способа явились следующие положения.

Рассматривая процесс внедрения индикатора в исследуемый материал, отмечаются и фиксируются величины отдельных элементов, которые в определенной мере отражают характеристики прочности и пластичности (фиг. 1).

где: l₁ глубина проникновения индектора;
l₂ упругая деформация дна отпечатка;
V_max максимальное значение скорости;
V максимальное ускорение;
t₁ время достижения максимальной глубины;
t₂ время достижения максимальной скорости;
t₃ время достижения максимального ускорения.

Можно предложить, что глубина проникновения индентора и скорость отражают величину твердости и прочности, упругая деформация дна отпечатка предел текучести, относительное удлинение и максимальное ускорение сопротивление усилию вдавливания, значения t₁, t₂, t₃ свойства вязкости образца.

Перечисленные элементы процесса проникновения индентора в образец могут быть использованы в качестве факторов для построения математической модели прочностных характеристик, например в виде уравнений регрессии
V = f(l₁,l₂,V_max,V,t₁,t₂,t₃).
Здесь в качестве выхода V могут быть получены перечисленные выше характеристики прочности: H, S_v, S_t, A, F.

Способ осуществления на разработанной лабораторией установке, которая представляет собой прибор с динамическим приложением нагрузки.

Нанесение отпечатка производилось с помощью ударного узла, который сообщает индентору строго определенное количество энергии. Форма сигнала соответствует кривым, показанным на чертеже. Для регистрации полученного сигнала был использован двухлучевой осциллограф марки C8-17 с запоминающим экраном. В ударный узел был вмонтирован индукционный датчик скорости. Во время внедрения индентора в датчике возникла ЭДС, величина которой была пропорциональна скорости. Кривая, полученная на экране осциллографа в соответствии с масштабной сеткой, фиксировалась точками, которые затем аппроксимировались кривой.

Для проведения испытаний были выбраны конструкционные стали, которые прошли проверку по химическому составу и прочностным характеристикам. По каждой марке стали из одного прута были вырезаны по три образца испытания на разрыв и упругую вязкость. Форма и размеры образцов гостированы. На первом этапе испытаний в качестве образцов испытывались стандартные плитки твердости, имеющие отклонения 2,5% В интервале твердости от 200 до 800 HV было взято пять плиток HV 195, HV 260, HV 452, HV 750, HV 800.

Процедура испытаний заключалась в том, что каждой плитке наносилось три удара, и на экране высвечивались и запоминались три кривые. Отклонение кривых использовались для оценки рассеивания.

Обработка полученных данных являлась основой для расчетов уравнения регистрации.

Аналогичные испытания были приведены на образцах. Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2.

Способ определения прочностных характеристик металлов и их сплавов, заключающийся в том, что внедряют индентор в испытуемый материал, измеряют глубину внедрения и определяют его прочностные характеристики, отличающийся тем, что дополнительно измеряют максимальное значение скорости внедрения индентора, время достижения им максимальной глубины, а определение прочностных характеристик осуществляют по формулам
Н_v 3247,95 + 18,68l + 3,56v_max 506,8t;
НRC 123,06 6,31l;
S_v= 512,96 + 5,54l 10,25v_max 103,28t;
S_t 712,31 + 5,98l -12,28v_max 104,16t;
F 503,47 + 16,64l -103,18v_max 104,87t;
A 143,25 + 9,82l 47,04t,
где l глубина внедрения индентора;
v_max максимальная скорость процесса;
t время процесса;
H_v твердость по Виккерсу;
НRС твердость по Роквеллу;
S_t предел текучести;
S_v предел прочности;
F относительное сужение;
A удельная вязкость.

Источник

Определение прочностных характеристик

Определение прочности материалов – одна из составляющих комплексного технического обследования.

Что такое прочность материала?

Прочность – это способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок.
Также прочность зависит не только от свойств материала, но и от вида напряженного состояния и эксплуатационных условий.

Методы определения прочности

Разрушающий метод

Первый способ носит название разрушающего метода и состоит в выявлении предельных несущих способностей с испытание контрольных образцов до их полного разрушения.

Эти образцы должны быть изготовлены из того же материала и по той же технологии производства, что и испытуемые строительные конструкции (для вновь возводимых объектов), либо могут быть отобраны непосредственно из готовых строительных конструкций (для существующих объектов).

Разрушающий метод является наиболее точным и результаты, полученные в процессе его выполнения, максимально приближены к реальным физическим характеристикам материалов. К сожалению, далеко не всегда его возможно применить на практике, поэтому наибольшее распространение в обследовании получил другой метод.

Неразрушающий метод

Второй способ связан с производством испытаний неразрушающими методами и позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемого объекта без нарушения его несущей способности, что наиболее приемлемо при обследовании зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации.

Виды неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль построен на косвенном определении свойств и характеристик материалов и может быть классифицирован по следующим видам:

• метод проникающих сред, основанный на регистрации индикаторных жидкостей или газов, находящихся в материале конструкции;
• механические методы испытаний, связанные с анализом местных разрушений, а также изучением поведения объектов в резонансном состоянии (методы скалывания ребра, отрыва со скалыванием, упругого отскока, ударного импульса, пластических деформаций); неразрушающее определение прочности бетона чаще всего выполняется с помощью данных методов;
• акустические методы испытаний, связанные с определением параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки и регистрацией эффектов акустоэмиссии;
• магнитные методы испытаний (индукционный, магнитопорошковый и т.д.);
• радиационные испытания, связанные с использованием нейтронов и радиоизотопов;
• радиоволновые методы, построенные на эффекте распространения высококачественных и сверхчастотных колебаний в излучаемых объектах;
• электрические методы, основанные на оценке электроемкости, электроиндуктивности и электросопротивления изучаемого объекта.

Источник

Определение прочности материала

Прочность материала – важная эксплуатационная характеристика, которая во многом влияет на надежность всего сооружения. Данный показатель оценивают в рамках комплексного технического обследования сооружений или в качестве самостоятельной услуги по экспертизе отдельной конструкции, качества материала. Характеристика зависит от состава и свойств материала, а также и от условий эксплуатации.

Прочность – способность строительного материала сопротивляться внешним воздействиям и внутренним напряжениям. Это механическое свойство, отражающее устойчивость к деформациям и разрушению.

Определение прочности материала специалисты выполняют по методикам, описанным в ГОСТах. Они разработаны для кирпича, металла, бетона, цемента и других строительных изделий. При оценке характеристики исследуют образцы на сжатие, изгиб, растяжение, срез или скручивание.

• Предел прочности при сжатии – максимальное усилие, которое необходимо приложить для разрушения образца. Из наиболее распространенных строительных материалов наибольший показатель характерен для стали (210-600 МПа), тяжелый бетон (10-50 МПа) и древесина (30-65 МПа) демонстрируют самые низкие параметры предела прочности при сжатии.
• Предел прочности при изгибе – показатель, для определения которого точечно нагружают образец в форме параллелепипеда с прямоугольным сечением.

Во время эксплуатации здания необходимо периодически проверять строительный материал на прочность. Со временем она снижается из-за интенсивной эксплуатации, внешних и внутренних негативных воздействий: климатических и механических факторов, нагревания и охлаждения отдельных конструкций, неравномерной осадки грунтов. Регулярное проведение технических экспертиз позволит вовремя выявить наиболее опасные участки и конструкции, которые нуждаются в ремонте, предотвратить аварии и несчастные случаи из-за обрушения здания.

Методы определения прочности материала конструкции

Проведение статических испытаний на прочность – это тестирование шаблонных образцов определенной формы. По результатам экспериментов специалисты рисуют диаграмму, на которой можно наглядно увидеть, как деформируется материал под напряжением. Графические данные помогают оценить предел упругости и текучести, временное сопротивление. Для определения параметров определенного материала проводят специальные расчеты для вычисления усталостной нагрузки и предельного напряжения.

Методы определения прочности материала зависят его разновидности и типа строительной конструкции. Например, стандартный способ оценки характеристик кирпича – испытание на сжатие двух целых кирпичей, которые сложены друг на друга. Для исследования силикатного кирпича используют ультразвуковую методику.

Все способы исследования можно разделить на две большие группы – разрушающего и неразрушающего контроля. Они применимы к отдельным строительным конструкциям, образцам и отдельным элементам.

При возможности специалисты стараются отдавать предпочтение методам неразрушающего контроля, которые не требуют демонтажа и разбора конструкции. Несмотря на то, что образцы проб отбирают из наименее важных функциональных элементов, стандартные методы испытания прочности отражаются на устойчивости и надежности здания. Но не всегда и не у всех строительных изделий возможно оценить прочность методами неразрушающего контроля.

Методы разрушающего контроля

Отличительная особенность данного типа исследования – проведение испытаний на контрольных образцах до их полного разрушения. Например, кирпич могут сжимать или воздействовать извне иным способом до тех пор, пока он не даст трещину или не посыплется. Для этого из конструкции извлекают часть материала и отправляют в лабораторию для оценки прочностных характеристик.

Для определения участка отбора проб учитывают доступность образца, степень нагруженности, и поврежденности, интенсивность эксплуатации строительной конструкции.Методы разрушающего контроля позволяют с минимальной погрешностью вычислить физические свойства образца. Но они требуют серьезных трудозатрат. Главный недостаток исследования методом разрушающего контроля – необходимость нарушать целостность здания. Это не всегда возможно, поэтому специалисты стараются оценивать характеристики строительных материалов методом неразрушающего контроля.

Методы неразрушающего контроля

Исследование неразрушающими методами активно используется при технической экспертизе жилых, промышленных, административных зданий и построек, объектов исторического и культурного наследия. Они могут быть основаны на различных технологиях:

• механической: метод упругого отскока, исследование пластических деформаций и ударный импульс часто используют для экспертизы бетона;
• радиационной: методы базируются на применении радиоизотопов и нейтронов;
• магнитной: методы магнитопорошковой и индукционной оценки;
• акустической: исследование путем воздействия ультразвука, оценка эффектов акустоэмиссии;
• радиоволновой: исследование распределения в материале волн разной длины;
• электрической: определение характеристик через вычисление электросопротивления, электроиндуктивности и электроемкости строительного материала.

С помощью современных приборов и технологии можно определить прочностные характеристики изделия без конструктивных изменений и сохранить первоначальные физико-механические параметры материалы.

Где заказать определение прочностных характеристик?

В компании «Департамент» вы можете заказать определение прочностных характеристик любого строительного материала. Мы используем для оценки методы разрушающего и неразрушающего контроля, проводит исследование строго по ГОСТам. Специалисты выберут оптимальный вариант экспертизы с учетом назначения объекта, типа конструкции и разновидности материала, особенностей эксплуатации. Получить бесплатную консультацию и уточнить стоимость услуги можно по телефону или электронной почте.

Источник